材料辐照效应PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1　材料辐照效应的发展历史和概况 1

1.2 粒子辐照在固体中形成辐照缺陷的基本过程及其作用 2

1.3　辐照效应研究的领域和任务 5

参考文献 6

第2章　经典散射理论 7

2.1　二体碰撞 7

2.1.1 质心系 9

2.1.2　基本方程、能量传递公式 10

2.1.3　正碰撞的性质 14

2.2　原子间作用势 15

2.2.1 原子间相互作用势的一般描述（Bohr势、Born-Mayer势） 15

2.2.2　Thomas-Fermi势 17

2.2.3　Hartree自洽势 21

2.2.4　镶嵌原子势 26

2.2.5　等效刚球势 28

2.3　碰撞截面 30

2.3.1　微分截面和能量传递微分截面 30

2.3.2　库仑势的微分截面 33

2.3.3　刚球散射的能量传递微分截面 35

2.3.4　碰撞的冲量近似法 36

2.3.5　Thomas-Fermi势约化微分截面 42

参考文献 45

第3章　运动粒子的慢化和射程 46

3.1　运动粒子在固体内的慢化 47

3.1.1　核阻止本领和阻止截面 49

3.1.2　电子阻止本领 51

3.2　入射粒子在固体内的射程 57

3.2.1　入射粒子在固体内的射程 57

3.2.2　射程矢量和基本方程 65

3.2.3　平均投影射程和射程歧离 71

3.3　射程、射程投影的标准偏差 74

3.3.1　标准偏差 74

3.3.2　粒子沿深度的浓度分布 77

参考文献 80

第4章　辐照缺陷的产生过程 81

4.1　基本概念 81

4.1.1　离位原子和初级离位原子 81

4.1.2　离位阈能和离位概率 83

4.2　初级离位原子在级联中产生的离位原子数 89

4.2.1　Kinchin-Pease模型 90

4.2.2　Snyder的修正模型 93

4.2.3　出射概率模型 94

4.2.4　改进性模型 98

4.2.5　能量配分理论——Lindhard计算模型 102

4.2.6　Sigmund离位处理 104

4.3　相关碰撞列 106

4.3.1　聚焦碰撞和辅助聚焦 106

4.3.2　聚焦换位碰撞——原子的长程传输 112

4.3.3　碰撞列和贫原子区的空位份额 116

4.3.4　沟道效应 118

4.3.5　聚焦和沟道对离位原子数的影响 122

4.4　辐照损伤峰 124

4.4.1　离位峰 125

4.4.2　热峰 127

4.4.3　裂变峰 130

4.5　MD计算机模拟 132

4.5.1　级联碰撞与子级联 135

4.5.2 离位峰-MD计算机模拟 137

4.6　离位峰中的原子混合 145

4.7　离位峰中的相变 147

参考文献 151

第5章　辐照损伤计算 154

5.1　损伤速率和损伤剂量 154

5.1.1　初级离位原子（PKA）的能量分布函数 154

5.1.2　离位原子密度和损伤剂量（DPA） 156

5.2 中性粒子的辐照损伤 157

5.2.1　中子散射微分截面 158

5.2.2　初级离位原子的能量分布 160

5.2.3　中子辐照下的离位原子浓度和损伤分布 163

5.2.4　损伤函数 166

5.2.5　γ射线引起的辐照损伤 168

5.3　带电粒子的辐照损伤 170

5.3.1　带电粒子产生的PKA的能量分布和损伤 171

5.3.2　重离子辐照损伤的分布 173

5.3.3　电子辐照损伤 177

5.3.4　裂变碎片辐照损伤 181

5.4　表面损伤 187

5.4.1　溅射机制和模型 187

5.4.2　溅射产额和择优溅射 188

5.4.3　Sigmund溅射理论 192

参考文献 194

第6章　辐照缺陷的退火、聚集和肿胀 196

6.1　高温离位级联缺陷的存活和逸出 197

6.2 缺陷的相互作用导致辐照诱发的显微组织变化 204

6.3　缺陷的复合、扩散 210

6.3.1　空位和间隙原子的复合率 211

6.3.2　点缺陷之间以及与其他缺陷的反应 213

6.3.3　原子和原子尺寸的缺陷的反应 214

6.3.4　运动的点缺陷与位错的反应 215

6.3.5　扩散-限制的反应 217

6.4　缺陷的动力学过程、速率方程组 229

6.5　空位团、间隙原子团的形核和生长过程 234

6.5.1　空位团、间隙原子团的形核 235

6.5.2　空洞（或气泡）和间隙原子位错环的长大方程式 238

6.6　气泡（或气孔）的重溶 242

6.7　气泡（或气孔）的迁移和聚合 252

6.7.1　表面扩散引起的气泡迁移 253

6.7.2　气泡迁移率的一般处理 257

6.7.3　体扩散引起的气泡迁移 259

6.7.4　应力梯度下的气泡迁移 263

6.7.5　气泡聚合的速率常数 266

6.7.6　聚合造成的气泡长大 269

6.8　位错和晶界对气泡（或气孔）的钉扎 279

参考文献 283

第7章　金属核燃料和氧化物燃料的辐照行为 287

7.1　金属核燃料的辐照行为 288

7.1.1　金属铀的辐照行为 288

7.1.2　尺寸不稳定性 290

7.1.3　辐照下铀的长大机制 292

7.1.4　铀的肿胀 293

7.1.5　辐照对铀的组织及力学性能的影响 295

7.1.6　铀合金 297

7.1.7　钍、钍铀和钍钚合金 303

7.1.8　钚和钚合金 305

7.2　氧化物燃料的辐照密实、肿胀和裂变气体释放 314

7.2.1　气孔和气泡的物理特性、辐照密实 317

7.2.2　气泡和气孔的分布函数、辐照肿胀 322

7.2.3　气孔链和通道的分布函数 328

7.2.4　稳态运行的裂变气体释放率 330

7.2.5　裂变气体瞬时释放 334

7.3　气孔迁移和重构动力学 336

7.3.1 由蒸气输运机制引起的气孔迁移 340

7.3.2　气孔率重布动力学 346

7.3.3　柱状晶粒长大 350

7.3.4　等轴晶粒长大 354

7.4　氧的重布 361

7.4.1　Markin-Rand-Roberts模型 362

7.4.2　Aitken模型 367

7.4.3　Bober Schumacher模型 368

7.5 锕系元素的重布（MOX燃料运行中U、Pu的重新分布） 369

7.5.1　锕系元素的热扩散 370

7.5.2　锕系元素的蒸气输运 372

7.6　裂变产物的迁移 375

7.7　芯块与包壳间的相互作用（PCI效应） 380

7.7.1　芯体-Zr合金包壳相互作用 381

7.7.2　芯体-不锈钢包壳相互作用 386

参考文献 393

第8章　辐照硬化、脆化和断裂 397

8.1　钢的微观组织在中子辐照下的演变 400

8.1.1　黑斑结构 401

8.1.2　位错环 402

8.1.3　层错四面体 403

8.1.4 空洞 404

8.1.5　碳化物沉淀物 405

8.1.6　氦气泡 406

8.2　力学性质试验 407

8.2.1　拉伸试验 407

8.2.2　管子爆破试验——双向应力状态 410

8.2.3　冲击试验和转变温度 414

8.3　辐照硬化理论 416

8.3.1　源硬化 417

8.3.2　摩擦硬化 418

8.4　贫原子区引起的硬化 421

8.4.1　位错与贫原子区的作用 421

8.4.2　辐照硬化的饱和 426

8.4.3　Makin理论 426

8.4.4　贫原子区的热退火 427

8.5　非穿透性障碍物——沉淀物和空洞硬化 430

8.6　位错环硬化 432

8.7　辐照后奥氏体不锈钢的拉伸性能 435

8.7.1　辐照硬化 435

8.7.2　低剂量区的辐照硬化 435

8.7.3　高剂量区的辐照硬化 436

8.7.4　塑性失稳 437

8.7.5　位错沟道 437

8.8　蠕变断裂 438

8.8.1　高温断裂机制 441

8.8.2　楔形裂纹的形成和作用 443

8.8.3　晶界空洞引起的断裂机制 447

8.9　氦脆化 450

8.9.1　氦脆的机制 450

8.9.2　氦的生成速率 451

8.9.3　氦脆的理论表达——晶界上氦泡的应力诱导长大 453

8.10　奥氏体不锈钢辐照脆化和铁素体钢断裂韧性 455

8.11　铁素体钢的辐照硬化和脆化 458

8.11.1　铁素体钢辐照下力学性能表现特征 458

8.11.2　脆性断裂——Cottrell-Petch理论 460

参考文献 464

第9章　辐照生长、蠕变和疲劳 466

9.1　辐照生长 466

9.2　蠕变 468

9.2.1　辐照蠕变 470

9.2.2　瞬态蠕变 471

9.2.3 由空位盘塌陷引起的稳态辐照蠕变 479

9.2.4 由间隙原子环的应力定向成核的稳态蠕变 484

9.2.5　攀移控制的位错滑移的蠕变机制 487

9.2.6　辐照蠕变和肿胀的关系 494

9.3　辐照疲劳和辐照蠕变的相互作用 498

参考文献 505

第10章　辐照模拟技术 508

10.1　各类辐照模拟技术 512

10.1.1　14MeV中子源——旋转靶的中子源（简称RTNS-Ⅱ中子源） 512

10.1.2 FFTF和 EBR-Ⅱ等快中子辐照装置 512

10.1.3 HFIR裂变中子的辐照模式 513

10.1.4 高能质子（600MeV）辐照 513

10.1.5　双束离子（氦束和重离子束）辐照 516

10.1.6　高能电子辐照 516

10.2　聚变堆结构材料的辐照效应 518

10.2.1　奥氏体钢 521

10.2.2　铁素体／马氏体钢 526

10.2.3　钒基合金 535

10.3　级联碰撞与氢、氦的协同作用 538

参考文献 549